高线吐丝温度控制模型的研究及轧后水冷控制系统设计

论文摘要

高速线材的轧后控制冷却工艺,与轧后自然冷却相比,不仅可以提高冷却速度,减少氧化损耗,而且可以保证产品质量,因此得到广泛应用。在控制冷却过程中,吐丝温度是关键的工艺参数,对产品性能有重要影响。国内外学者对吐丝温度控制模型进行了大量的研究。从最初的半解析半经验公式,到现在的有限差分计算应用到在线控制模型中去,吐丝温度控制精度不断提高。首钢高线建于1987年,其水冷段的控制方式较落后,吐丝温度控制精度较差,造成产品性能不稳定等一系列问题,已经不能满足实际生产需要。本论文来源于首钢高线厂“轧后水冷系统改造”项目,目标是通过此次升级改造,提高轧后水冷段的自动控制水平,改善吐丝温度控制精度,实现全长平均温度与目标温度偏差±15℃达到2σ水平。本文在对国内外高线控制冷却系统研究的基础上,使用有限差分法建立了高速线材精轧后水冷段传热数学模型,针对不同钢种确定了不同的换热系数。根据首钢高线生产线情况设计了轧后冷却控制系统,设计与开发了水冷二级系统功能模块。对轧后冷却系统进行了现场调试,通过现场实测数据对模型参数进行自适应计算,提高模型预报精度。本文开发的高线轧后水冷控制系统目前运行稳定,精度达到了设计目标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 高速线材的现状及发展趋势
• 1.2 高速线材控制冷却技术
• 1.2.1 高速线材控制冷却目的
• 1.2.2 斯太尔摩冷却线吐丝温度的设定与控制
• 1.2.3 吐丝温度控制模型研究现状
• 1.3 项目意义与研究内容
• 1.3.1 选题背景与意义
• 1.3.2 研究内容
• 1.3.3 本文组织结构
• 第2章 首钢高线生产设备与工艺
• 2.1 工艺流程与设备
• 2.2 水冷设备
• 2.3 本章小结
• 第3章 高线吐丝温度控制模型的研究
• 3.1 温度场求解的理论基础
• 3.1.1 传热的基本方式
• 3.1.2 傅里叶定律
• 3.1.3 导热微分方程
• 3.1.4 定解条件
• 3.2 高线水冷段温度场模型与求解方法
• 3.3 温度模型的差分求解
• 3.3.1 差分格式的选择
• 3.3.2 区域离散化
• 3.3.3 温度场差分方程的建立
• 3.4 换热系数的确定
• 3.4.1 进入水冷器前的换热系数
• 3.4.2 喷水冷却阶段换热系数
• 3.4.3 水箱间的换热系数
• 3.4.4 喷水结束后空冷换热系数
• 3.5 本章小结
• 第4章 高线轧后水冷自动控制系统
• 4.1 水冷段自动控制系统设计
• 4.2 冷却过程控制方案设计
• 4.3 系统调试与控制精度
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢